PCB布局前后仿真有何區別？

2020-03-16

放置元件和PCB布線(xiàn)后對印刷電路板設計的仿真效果很好，但事先仿真效果更好。

大多數高速印刷電路板（PCB）設計人員都熟悉模擬布局和布線(xiàn)電路板的性能。盡管如此，一個(gè)問(wèn)題又一次又一次出現：“在布置電路板之前，您可以模擬什么？” 本文將解釋布局前和布局后仿真之間的區別，并回答上述問(wèn)題。

模擬PCB設計

電子電路設計的成功通常取決于模擬。無(wú)論是信號完整性，電源完整性，電磁兼容性，模擬還是熱模擬，它們都能揭示有關(guān)設計可行性，裕度和限制的信息。我們可能會(huì )在電路板布局之前和之后進(jìn)行模擬，目的是不同的，但是目標仍然是相同的，以推動(dòng)設計變更。

布局前和布局后的主要區別在于布局前仿真是在完成PCB布局之前進(jìn)行的，而布局后仿真則以完成的PCB布局為基礎。例如，對于信號完整性仿真，這意味著(zhù)可以在布局后分析中使用精確長(cháng)度的走線(xiàn)。此外，取決于細節的數量，諸如痕跡與通孔抗墊的接近程度以及其他平面空隙的標準也可以包括在分析中。

在布局前和布局后，我們將物理參數轉換為電路元件和其他數學(xué)模型以進(jìn)行仿真。但是，對于布局前仿真，我們必須建立電路原理圖以包括仿真的所有元素。出于信號完整性的目的，這包括IC緩沖區模型，封裝模型，走線(xiàn)模型，過(guò)孔，分立組件以及任何連接器和電纜。在電源完整性方面，這包括平面形狀，縫合過(guò)孔，電容器，電源和負載（IC）。

布局后仿真涉及從布線(xiàn)板中提取物理信息。像跡線(xiàn)，平面和具有定義的幾何形狀的過(guò)孔之類(lèi)的項目以及諸如分立器件之類(lèi)的更簡(jiǎn)單的組件都會(huì )自動(dòng)建模。我們?yōu)?span lang="EN-US">IC，連接器和其他連接的組件添加了模型，以運行仿真。在每種情況下，這些用戶(hù)輸入都轉換為模擬器使用的模擬示意圖。而且，兩種類(lèi)型的模擬具有相同的模擬結果。對于信號完整性仿真，結果顯示為識別信號質(zhì)量和時(shí)序信息的時(shí)間/電壓波形，并且可以顯示為波形或數據表。

在布置電路板之前，您可以模擬什么？

布局前仿真的主要目的是開(kāi)發(fā)設計約束，而布局后仿真的主要目標是驗證是否符合這些約束。約束可以通過(guò)多種方式傳達給PCB設計人員，形成Word文檔；作為內置在原理圖和布局工具中的自動(dòng)約束；甚至寫(xiě)在餐巾紙上 設計約束可確保電路板設計成功。因此，必須進(jìn)行與布局前和布局后仿真相關(guān)的各種任務(wù)。

以長(cháng)度約束為例。許多不同的電氣約束可以驅動(dòng)長(cháng)度約束-可能滿(mǎn)足某些時(shí)序要求或需要控制信號的損耗量。例如，布局前仿真可以通過(guò)改變跡線(xiàn)的長(cháng)度，直到接收器處出現閉合眼圖，來(lái)幫助確定串行器/解串器（SERDES）信號的最大長(cháng)度。

眼圖是在同一時(shí)間間隔內相互重疊的多個(gè)位的顯示，以顯示位流的最壞情況。相同的眼圖模擬將在完整的布局上運行，以確保眼睛仍然張開(kāi)。

布局前仿真還可以證明電路板級設計概念。假設某種硬件設計要求使用幾個(gè)連接器的多個(gè)板通過(guò)長(cháng)距離路由總線(xiàn)。布局前仿真顯示了這種配置是否允許接收器處的信號符合設計規范。此外，借助預布局仿真，工程師可以了解總線(xiàn)在設計中的局限性，并制定成功實(shí)施這些總線(xiàn)的計劃。

布局后確認

另一方面，布局后仿真主要用于驗證完成的設計。創(chuàng )建后，它會(huì )驗證所有設計約束。在將仿真與測量進(jìn)行比較時(shí)，布局后仿真也很方便。這對于確保由布局前仿真創(chuàng )建的約束基于PCB的聲音建模非常重要。

故障排除是布局后仿真的另一個(gè)有用的應用程序。在實(shí)驗室中使用原型確定問(wèn)題時(shí)，布局后仿真可用于研究問(wèn)題的可能原因。確定后，可以使用探索性仿真（通常在與布局前仿真相同的假設環(huán)境中執行）來(lái)找到解決方案。

結論

仿真和分析專(zhuān)家傾向于同意，大多數仿真工作應采用預布局設計。這是一個(gè)很好的建議，因為設計更改在設計周期中往往會(huì )更加昂貴。具體來(lái)說(shuō)，完成布局后進(jìn)行的任何更改所花費的成本比最初避免的更改高10倍。原型制作后進(jìn)行更改的成本可能會(huì )增加10倍。

即便如此，使用布局后仿真在設計周期的早期發(fā)現問(wèn)題仍比嘗試修理運輸產(chǎn)品便宜幾個(gè)數量級。不管偏好是布局前仿真，布局后仿真還是兩者的結合，很明顯，如果沒(méi)有選擇，設計失敗的風(fēng)險將急劇上升。簡(jiǎn)而言之，仿真對于理解您的PCB設計以及設計可靠，成功的產(chǎn)品至關(guān)重要。